地铁车站通风空调系统电气部分节能改造方案分析

地铁车站通风空调系统电气部分节能改造方案分析

章家亮

安徽省综合交通研究院股份有限公司

摘要：城市轨道交通是城市公共交通网络中的一个不可或缺的组成部分，对于缓解城市的交通压力、推进城市的发展起到了重要的作用。我国拥有地铁的城市越来越多，同时还有越来越多的城市也正在筹建地铁。在地铁的总能耗中，超过1/4为通风空调系统的能耗。在设计地铁车站的通风空调系统时往往留有较大的裕量，难免会造成电能的浪费。本文结合实例对地铁车站的通风空调系统的电气部分进行了节能改造，希望能够获得较好的节能效果，为地铁车站的通风空调系统的电气部分节能改造提供一些参考。

关键词：节能改造；电气改造；通风空调系统

在整个地铁总能耗中，约有25%-35%为通风空调系统能耗，而通风空调系统用电量中，通风系统的用电量约占65%，空调系统的用电量约占35%。考虑到中远期的客流情况和一些极端情况，在设计地铁车站的通风空调系统时都要留出较大的裕量，这主要是为了在满足车站所需的制冷量和风量的前提下，尽量不使之处于满负荷状态，但这也造成了巨大的浪费。通过多变量的模糊控制技术、高精度传感器、变频控制设备，能够实现对通风空调系统冷却水泵、冷冻水泵和隧道风机各设备的智能控制，从而达到节能的目的。

1.节能改造实例

北京地铁对某车站的通风空调系统电气系统进行了改造，主要体现在3个方面：改造控制系统，加装传感器，并设置了一套节能控制系统；改造空调水系统冷却水泵，加装变频控制设备；改造隧道风机，安装变频控制设备。该车站的水系统原本有6台冷冻水泵和4台冷却泵水泵，冷冻水泵Pe=15kW、冷却泵水泵Pe=30kW，主要由车站综控室进行控制，运行状态和故障信号都会在车站综控室中进行显示。所有的水泵都为工频运行、直接启动，对其进行节能改造的主要措施是加装变频控制设备。在改造中设置了操作箱和双电源切换电源柜，放置在隧道风机旁，并在该处设置了操作箱，仍然由车站中控室进行控制故障信号和运行状态，并返回车站中控室进行显示，由FAS、BAS系统控制。对于工频运行、星三角启动的隧道风机则加装变频控制设备[1]。

2.地铁车站通风空调系统电气部分节能改造的原则

在地铁车站通风空调系统的电气节能改造的过程中，涉及到了地铁车站的空调水系统和隧道风机，这二者都会对地铁乘客的乘车感受造成一定的影响。因此节能改造最重要的原则就是不能影响地铁运营的安全性，并且保障设备耐用可靠，不能影响系统运行的可靠性，也不能对原有系统的运行模式进行轻易的改变。对地铁车站通风空调系统电气部分进行节能改造涉及到对空调水系统和隧道风机系统的改造，这都会对乘客的直接乘车感受造成影响，而且一旦发生火灾也必须使用隧道风机。根据这一原则，在节能改造中可以设置水泵和隧道风机的节能运行模式，或者增加单独一套节能控制系统。根据实际工况和运营需要，在工频运行模式和节能运行模式之间进行切换，从而保障对设备和原系统的运行工况不会被改变，原系统运行模式也不会受到节能改造的影响。一旦发生火灾，隧道风机会受到FAS系统的监控，自动切换到火灾工况运行模式[2]。

3.地铁车站通风空调系统电气部分节能改造的措施

3.1地铁车站通风空调系统的节能改造

参照上文的节能改造实例，地铁车站通风空调系统的节能改造主要是将温度传感器和压力传感器安装在风机的回风道上，并且将环境温度传感器安装在站台和站厅的公共区域，这样一来能够有效地采集压力和温度数据，并向节能控制系统上传。节能控制系统可以根据实际需要来对风机的运行状况进行调节，既达到了节能的目的，又能够保障系统运行所需风量得到满足。通过远程控制终端，能够完成变频和工频运行模式的自由切换，从而远程调整隧道风机的运行工况。将变频控制设备加装到冷冻水水泵和冷却水水泵中，同时将温度传感器安装在相应的管道上，监测系统的实时温度，并对水泵的运行情况进行调整。

3.2改造冷却水泵、冷冻水泵和隧道风机的一次回路

改造冷却水泵、冷冻水泵和隧道风机的一次回路的具体措施是将变频器柜电源回路并联在配电回路主断路器的下口。将变频器旁路加装到隧道风机上，这样只要对变频器和源控制柜的旁路部分的接触器进行控制，就能够切换变频和工频。而且变频器旁路接触器和原控制柜内的接触器必须相互锁定，这样能够保障切换的顺利，又不会影响系统二者的正常运行[3]。

对冷却水泵和冷冻水泵进行一次系统的改造，主要是增设变频器旁路，具体改造过程类似于隧道风机的改造。

3.3改造地铁车站的BAS、FAS系统

在地铁车站中，存在着独立运行的BAS和FAS系统，BAS系统主要负责对隧道风机的日常运行状况进行控制和监视，一旦发生火灾，BAS系统的控制电源就会被自动切掉，FAS系统会对隧道风机进行控制。在正常的工频状态下，隧道风机设备正常运行。而在变频状态下，FAS、BAS系统会发出启停指令，来对节能系统进行控制，设备的运行状态、故障信号都会被BAS、FAS系统返回到综控室进行显示。一旦发生火灾，如果此时隧道风机在变频状态下运行，那么FAS系统就会将系统的控制电源切断。如果此时隧道风机在工频状态下运行，FAS系统会将BAS系统的控制电源切断。由于变频系统的失电，风机会逐渐停止运行，那么系统又会自动切换到工频状态。具体情况见图1。

为了使以上功能得以实现，在变频切换电路中连接一组正/反启动命令闭合点，使用强制复位清零节能控制系统。在控制器故障状态采集点中并入水泵变频器的故障状态点，一旦工频回路或者变频器旁路出现问题，那么BAS系统就会得到故障反馈。在中间继电器控制点中并入变频器的运行状态点，由控制器来对水泵的运行状况进行采集。在变频切换模块中并入风机现场控制器，采集输出的启/停命令、停止状态、故障状态、运行状态，系统复位清零或者切换到工频状态时，BAS界面就会得到停滞状态、故障状态和工频运行状态的反馈，从而对工频起停进行有效的控制。

图1隧道风机火灾工况控制图

4.地铁车站通风空调系统电气部分节能改造效果

2012年北京某地铁车站进行了通风空调系统电气部分的节能改造，运行至今取得了较好的改造效果，BAS/FAS系统运行正常、功能完善。由于该节能改造方案涉及到了地铁车站的排烟工况，因此改造了FAS系统对隧道风机的控制部分，运行以来没有出现异常现象。通过消防测试确定IBP盘控制风机启停、排烟系统工变频切换等功能运行良好。对于节能改造工程中加装的节能系统，其各种控制设备和部件投入运行之后均运行稳定，在试运行阶段，BAS/FAS系统和通风空调系统均未反馈故障信息。对该车站实行通风空调系统的电气部分节能改造之后，通过测试发现综合节能率超过30%，节能效果良好。

5.结语

对地铁车站通风空调系统电气部分进行节能改造是非常必要的，其具有良好的经济性、可行性，并且能够达到节约能源的目的。通过变频节能控制，能够实时调节设备负荷，从而调节整个地铁车站通风空调系统。当前地铁车站通风空调系统电气部分的节能改造已经在越来越多的城市的地铁改造中发挥了重要的作用，实现了节能减排的目的。

参考文献：

[1]徐驰，刘英杰.大连地铁通风空调系统方案研究与分析[J].铁道工程学报.2012（10）

[2]李金法.综合监控系统参与通风空调系统的节能优化控制流程研究[J].科技创新与应用.2014（16）

[3]龚伟，宋洁.上海轨道交通车站设备用房通风空调系统问题的调查研究[J].城市轨道交通研究.2013（01）

作者简介：

姓名：章家亮，工作单位：安徽省综合交通研究院股份有限公司。